數(shù)字孿生水務(wù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控運(yùn)維系統(tǒng)以三維地理信息引擎為核心，以時(shí)空數(shù)據(jù)為底座支撐，依托3DGIS+BIM+Video+AI+IOT的總體技術(shù)路線，綜合運(yùn)用數(shù)字孿生、視頻融合、位置智能等空間技術(shù)，對水務(wù)管理場景的全要素、全過程、全領(lǐng)域進(jìn)行數(shù)字映射。把平臺各業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和各類事件的高度集成可視化呈現(xiàn)，構(gòu)建智慧水務(wù)視頻孿生綜合態(tài)勢一張圖，提供給管理人員沉浸式管理空間，實(shí)現(xiàn)一屏可視、一圖指揮，賦能水務(wù)業(yè)務(wù)的高效管理與精準(zhǔn)指揮調(diào)度。

數(shù)字孿生場景融合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI等前沿技術(shù)應(yīng)用，將信息、技術(shù)、設(shè)備與水務(wù)管理需求有機(jī)結(jié)合，全面支撐水利業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，流域總覽、流域防洪監(jiān)測、水庫監(jiān)測、水利調(diào)度、智慧水務(wù)、河湖巡檢等多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，并提供數(shù)據(jù)分析、對象管理、對象剖分、設(shè)備控制、實(shí)時(shí)告警管理、虛擬漫游等豐富功能，全面賦能用戶業(yè)務(wù)應(yīng)用，有效提升水利跨部門決策和資源協(xié)調(diào)效率。

1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

感知層：感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類新型基礎(chǔ)設(shè)施。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括保證運(yùn)算準(zhǔn)確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。

運(yùn)算層：運(yùn)算層是數(shù)字孿生體的核心，其充分借助各項(xiàng)先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對下層數(shù)據(jù)的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數(shù)字變生體的直接價(jià)值體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認(rèn)知，數(shù)字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現(xiàn)物理實(shí)體的狀態(tài)，它是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能，發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預(yù)警作用。故障診斷，通過分析物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)，了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測推演，是利用仿真技術(shù)來預(yù)見物理實(shí)體未來的狀態(tài)演變，從而指導(dǎo)當(dāng)前的運(yùn)行決策。

應(yīng)用層：應(yīng)用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價(jià)值體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征

等價(jià)映射：數(shù)字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述，是對物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互，起到“數(shù)化”、“保真”效果。

實(shí)時(shí)交互：基于實(shí)時(shí)傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等。“實(shí)時(shí)”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實(shí)體間存在數(shù)據(jù)及指令互動(dòng)。

共生演進(jìn)：“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實(shí)體同步構(gòu)建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個(gè)層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預(yù)測優(yōu)化：根據(jù)物理實(shí)體的各項(xiàng)真實(shí)數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生體進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體未來狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)字孿生體進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測，預(yù)先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，使用戶更從容地處理該問題。

建立數(shù)字孿生體的最終目的，是通過描述物理實(shí)體集合內(nèi)在機(jī)理，分析規(guī)律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征，可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。

3.系統(tǒng)功能

（1）流域預(yù)報(bào)預(yù)演

依托實(shí)景孿生平臺，綜合降雨、水位監(jiān)測等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合水利專業(yè)模型和水利知識，實(shí)現(xiàn)流域水位的預(yù)警、預(yù)報(bào)、預(yù)演、預(yù)案功能，提升上游來水預(yù)報(bào)精度，具體實(shí)現(xiàn)包括降雨模擬仿真、產(chǎn)匯流仿真、洪水演進(jìn)、淹沒分析等功能，提升應(yīng)急處置能力。

（2）指揮調(diào)度輔助決策

依托實(shí)景孿生平臺，集成指揮調(diào)度及語音調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控視頻、智能分析、智能監(jiān)測等數(shù)據(jù)，打通業(yè)務(wù)壁壘，多業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，幫助指揮人員通過實(shí)景孿生場景快速了解現(xiàn)場情況，實(shí)現(xiàn)在水利實(shí)景一張圖中的精準(zhǔn)指揮和調(diào)度，賦能精準(zhǔn)指揮和科學(xué)決策。

（3）河湖管理

實(shí)現(xiàn)對河湖劃界成果、岸線規(guī)劃分區(qū)、“四亂”治理成果等業(yè)務(wù)“一張圖”管理實(shí)現(xiàn)對巡河人員、路線的實(shí)時(shí)監(jiān)控和巡河任務(wù)、問題的流程化管理。充分發(fā)揮視頻監(jiān)控價(jià)值，在三維實(shí)景一張圖中便捷調(diào)取現(xiàn)場視頻，了解周邊環(huán)境，掌控巡檢過程，精準(zhǔn)指揮調(diào)度。

（4）水廠綜合管理

針對水廠的日常運(yùn)營管理，實(shí)現(xiàn)水廠綜合態(tài)勢一張圖展示、水廠分布地理信息一張圖感知、設(shè)備管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)三維實(shí)景掌控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警事件場景聯(lián)動(dòng)定位處置、能耗分布一張圖態(tài)勢感知、實(shí)景態(tài)勢三維立體直觀監(jiān)控、水廠應(yīng)急事件處置決策等數(shù)智化管理，推進(jìn)水廠四預(yù)建設(shè)，提升水廠綜合運(yùn)行管理能效。

（5）水質(zhì)監(jiān)測管理

系統(tǒng)接入水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務(wù)綜合態(tài)勢一張圖中，以多元圖表方式對水質(zhì)監(jiān)測情況進(jìn)行可視化綜合呈現(xiàn)。在數(shù)字孿生場景中，對水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行一張圖直觀展示，聯(lián)動(dòng)場景精準(zhǔn)定位查看數(shù)據(jù)詳情，異常指標(biāo)及時(shí)提醒，直觀標(biāo)注，精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)態(tài)勢的直觀可視化監(jiān)測管理。

（6）水源綜合管理

在實(shí)景三維一張圖場景中，對水源地分布進(jìn)行直觀展示，水庫、水源井、泵站等關(guān)鍵位置直觀標(biāo)注，可以聯(lián)動(dòng)場景快速定位至水源地區(qū)域?yàn)g覽周邊環(huán)境和監(jiān)測數(shù)據(jù)詳情信息。對前端全量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合匯聚分析，并以可視化圖表方式在綜合態(tài)勢一張圖直觀展示，為管理人員的精準(zhǔn)管理和科學(xué)決策提供可視化數(shù)據(jù)支撐。

（7）供水管線巡檢管理

系統(tǒng)接入水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務(wù)綜合態(tài)勢一張圖中，以多元圖表方式對水質(zhì)監(jiān)測情況進(jìn)行可視化綜合呈現(xiàn)。在數(shù)字孿生場景中，對水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行一張圖直觀展示，聯(lián)動(dòng)場景精準(zhǔn)定位查看數(shù)據(jù)詳情，異常指標(biāo)及時(shí)提醒。直觀標(biāo)注。精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)態(tài)勢的直觀可視化監(jiān)測管理。基于實(shí)景孿生平臺實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)漏損分析，爆管定位，應(yīng)急處置預(yù)案等，提升管網(wǎng)維護(hù)能力，保障供水安全穩(wěn)定。

（8）水庫運(yùn)行監(jiān)測立體感知

接入水雨情、水質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，對監(jiān)測統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)警統(tǒng)計(jì)信息等態(tài)勢數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀呈現(xiàn)。數(shù)字孿生場景中對各流量監(jiān)測點(diǎn)、取水口、水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)、水雨情監(jiān)測點(diǎn)、環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)的分布情況進(jìn)行直觀展示，并與監(jiān)測數(shù)據(jù)綁定，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測態(tài)勢的精準(zhǔn)直觀展示。結(jié)合水雨情數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上游來水預(yù)報(bào)，孿生場景中對水庫放水態(tài)勢進(jìn)行仿真推演，直觀展示放水過程和對下游區(qū)域的影響，保障水庫運(yùn)行安全。

4.應(yīng)用場景

（1）實(shí)景三維水利管網(wǎng)管理

基于孿生承載平臺，綜合承載地理信息數(shù)據(jù)、水務(wù)管網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、水務(wù)管網(wǎng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)等，搭建水務(wù)管網(wǎng)實(shí)景三維一張圖，重點(diǎn)設(shè)備和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)直觀標(biāo)注，高效檢索定位，一張圖中對水務(wù)管網(wǎng)進(jìn)行直觀、精準(zhǔn)、可視化管理。

針對信息展示，定制可視化數(shù)據(jù)專題，一張圖直觀展示水務(wù)管網(wǎng)信息，實(shí)現(xiàn)宏觀態(tài)勢與微觀詳情的一體化掌控。

（2）實(shí)景三維水利設(shè)備管理

針對智慧水務(wù)設(shè)備管理，搭建實(shí)景三維設(shè)備管理態(tài)勢一張圖，將包含水源、水廠、壓力、流量、水質(zhì)、大用戶、二次供水、應(yīng)急泵房、滲漏預(yù)警在線設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行一張圖綜合展示。結(jié)合三維地理信息場景，在一張圖中對設(shè)備分布、監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備告警進(jìn)行直觀展示和聯(lián)動(dòng)處置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的直觀、精準(zhǔn)、高效、科學(xué)。

（3）實(shí)景三維水利調(diào)度管理

針對智慧水務(wù)調(diào)度管理，定制流程化管理系統(tǒng)，集生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃管理、生產(chǎn)運(yùn)行綜合感知、調(diào)度值班科學(xué)管理、調(diào)度事件流程化填報(bào)管理、調(diào)度事件三維一張圖直觀感知等數(shù)智化功能于一體，賦能智慧水務(wù)生產(chǎn)調(diào)度高效管理和精準(zhǔn)科學(xué)決策。

（4）水廠智慧化綜合管理

針對水廠運(yùn)營管理，實(shí)現(xiàn)水廠綜合態(tài)勢一張圖展示、水廠分布地理信息一張圖感知、設(shè)備管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)三維實(shí)景掌控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警事件場景聯(lián)動(dòng)定位處置、能耗分布一張圖態(tài)勢感知、實(shí)景態(tài)勢三維立體直觀監(jiān)控等數(shù)智化管理，提升水廠綜合運(yùn)行管理能效。

（5）漏損分析：水務(wù)精準(zhǔn)控漏

通過漏損控制管理系統(tǒng)對DMA區(qū)域的夜間最小流量、水平衡、產(chǎn)銷差等監(jiān)測信息進(jìn)行分析，評估各區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)漏損狀況，有效識別管網(wǎng)漏損嚴(yán)重區(qū)域和漏損構(gòu)成，科學(xué)指導(dǎo)開展管網(wǎng)漏損控制作業(yè)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控漏，提高漏損控制效率。

（6）水務(wù)管網(wǎng)滲漏智能預(yù)警

通過視頻+數(shù)字孿生技術(shù)底座，實(shí)現(xiàn)多種管網(wǎng)滲漏監(jiān)測預(yù)警方式提高預(yù)警精準(zhǔn)性，管網(wǎng)滲漏預(yù)警統(tǒng)計(jì)分析并綜合呈現(xiàn)，同時(shí)基于三維GIS地圖，對滲漏預(yù)警管網(wǎng)位置進(jìn)行直觀標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)滲漏事件的精準(zhǔn)定位，提升管網(wǎng)運(yùn)維的便捷性、精準(zhǔn)性和科學(xué)性。

（7）智慧水質(zhì)監(jiān)測管理：水質(zhì)監(jiān)測

系統(tǒng)接入水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務(wù)綜合態(tài)勢一張圖中，以多元圖表方式對水質(zhì)監(jiān)測情況進(jìn)行可視化綜合呈現(xiàn)。在數(shù)字孿生場景中，對水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行一張圖直觀展示，聯(lián)動(dòng)場景精準(zhǔn)定位查看數(shù)據(jù)詳情，異常指標(biāo)及時(shí)提醒，直觀標(biāo)注，精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)態(tài)勢的直觀可視化監(jiān)測管理。

（8）智慧水源綜合管理：水環(huán)境監(jiān)測

在實(shí)景三維一張圖場景中，對水源地分布進(jìn)行直觀展示，水庫、水源井、泵站等關(guān)鍵位置直觀標(biāo)注，可以聯(lián)動(dòng)場景快速定位至水源地區(qū)域?yàn)g覽周邊環(huán)境和監(jiān)測數(shù)據(jù)詳情信息。對前端全量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合匯聚分析，并以可視化圖表方式在綜合態(tài)勢一張圖直觀展示，為管理人員的精準(zhǔn)管理和科學(xué)決策提供可視化數(shù)據(jù)支撐。

（9）用戶監(jiān)測

系統(tǒng)接入前端全量監(jiān)測感知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對用水量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。對用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行綜合匯聚分析并直觀呈現(xiàn)，輔助管理人員精準(zhǔn)掌控用水態(tài)勢。

針對用水量設(shè)置閾值，對超出指標(biāo)的大用戶進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，并在三維場景中進(jìn)行直觀標(biāo)注，可聯(lián)動(dòng)查看數(shù)據(jù)詳情，聯(lián)動(dòng)附近監(jiān)控查看現(xiàn)場實(shí)景詳情，排查數(shù)據(jù)異常原因，便于精準(zhǔn)運(yùn)維管理，輔助管理人員開展精準(zhǔn)科學(xué)決策。